電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定TB6鈦合金中的Al和V

朱麗 劉雷雷 孫寶蓮 李波

（西北有色金屬研究院，西安710016）

前言

TB6鈦合金屬于近β型鈦合金，具有高強、高韌、高淬透性等特點，被廣泛應用于航空航天、生物制藥、石油化工等領域[1-3]。其含量及其分布均勻性對TB6鈦合金的強度、立方織構有直接的影響，因此對Al、V含量進行快速準確的測定具有重要意義。

TB6鈦合金中高含量V的測定方法常用硫酸亞鐵銨滴定法，流程較長，操作繁瑣[4-6]。電感耦合等離子體原子發射光譜（ICP-AES）法操作簡單，靈敏度高、精密度好[7-9]。采用ICP-AES法同時測定TB6鈦合金中Al、V含量，優化實驗條件并建立相應的分析方法。采用鹽酸及氫氟酸分解試樣，加入硝酸溶解完全，選擇合適的譜線及儀器工作參數，采用基體匹配法消除基體干擾。結果表明，高含量V與硫酸亞鐵銨滴定法結果吻合，ICP-AES法測定Al、V含量相對標準偏差分別為1.2%、0.45%，方法操作簡便，準確度及精密度較好，可以滿足日常生產和測定需求。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

Advantage IRIS電感耦合等離子體原子發射光譜儀（美國熱電公司）：分辨率小于0.006 nm（200 nm處），具備耐氫氟酸霧化器系統。

1.2 主要試劑

鹽酸（1+1）、氫氟酸（1+1）、硝酸（1+1），純鈦基體（ωTi≥99.5%），氬氣（ωAr≥99.99%），所用試劑均是分析純及以上級別，實驗用水為二次去離子水。

鋁標準儲備溶液（1.0 mg/m L）：稱取0.500 0 g高純鋁（ωAl＞99.99%）于鉑坩堝中，加入5 m L HCl，加熱溶解完全，冷卻，移入500 m L容量瓶中，稀釋至刻度，混勻。

釩標準儲備溶液（1.0 mg/m L）：稱取0.500 0 g高純釩（ωV＞99.99%）于鉑坩堝中，加入5 m L HCl，加熱溶解完全，冷卻，移入500 m L容量瓶中，稀釋至刻度，混勻。

1.3 實驗方法

1.3.1 基體溶液的制備

稱取0.100 g純鈦基體6份，分別置于一組150 m L聚四氟乙烯燒杯中，加入5 m L鹽酸（1+1），1 m L氫氟酸（1+1），蓋上表面皿，低溫加熱至試樣溶解完全，加入0.5 m L硝酸（1+1）溶解至清亮，取下冷卻至室溫。將溶液移入100 m L容量瓶中。再移取一定量Al、V標準溶液，置于此容量瓶中，用水定容，混勻，以備ICP-AES法測定。

1.3.2 樣品分析方法

稱取0.10 g（精確至0.000 1 g）試樣置于150 m L聚四氟乙烯燒杯中，以少許水潤濕，加入5 m L鹽酸（1+1），1 m L氫氟酸（1+1），蓋上表面皿，低溫加熱至試樣溶解完全，加入0.5 m L硝酸（1+1）溶解至清亮，取下冷卻至室溫。轉入100 m L容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

在電感耦合等離子體發射光譜儀上，于Al 237.3 nm、V 292.402 nm波長處（必要時扣除背景）測定其發射強度及隨行空白的發射強度，在工作曲線上查出試樣溶液中對應的Al、V含量。

1.4 工作曲線的繪制

稱取0.100 g純鈦6份于100 m L聚四氟乙烯燒杯中，加入5 m L鹽酸（1+1），1 m L氫氟酸（1+1），緩慢加熱至試樣溶解完全，滴加0.5 m L硝酸（1+1）至溶液紫色消失，繼續加熱驅除氮的氧化物。

移取0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 m L 鋁標準儲備溶液，0、3.00、6.00、9.00、12.00、15.00 m L釩標準儲備溶液于6個100 m L容量瓶中，加入10 m L純鈦基體溶液，用水稀釋至刻度，混勻。

將標準系列溶液在電感耦合等離子體發射光譜儀上，于Al 237.3 nm、V 292.402 nm波長處（必要時扣除背景）測定發射強度，以Al、V的質量濃度為橫坐標，發射強度為縱坐標繪制標準工作曲線。

2 結果與討論

2.1 元素分析線的選擇

被分析元素譜線的選擇十分重要，需沒有光譜干擾且靈敏。分別對Al、V標準溶液，基體溶液，基體溶液加Al、V標準溶液進行譜圖掃描，確定了Al、V分析譜線，數據見表1。

表1 元素分析譜線Table 1 The analytical lines for elements /nm

2.2 儀器參數

考察了射頻發射功率、霧化器壓力、輔助氣流量、進樣泵速等對Al、V元素發射強度的影響，選擇了折中的儀器測定參數，見表2。

2.3 儀器短時穩定性

將Al最大質量濃度（50μg/m L），V最大質量濃度（15 mg/m L）連續測定5次，采用相對標準偏差表示儀器短時穩定性，經實驗，Al、V發射光絕對強度的相對標準偏差（RSD）分別為0.38%和0.27%，小于通常要求的1%。

表2 儀器最佳測定參數Table 2 The selected parameters for measurement.

2.4 元素檢出限和定量下限的確定

按標準工作曲線配制空白溶液，對空白溶液連續測定11次，以3倍的11次空白溶液標準偏差為元素的檢出限，以檢出限的5倍作為元素的檢測下限。數據列于表3。

表3 元素檢出限和檢測下限Table 3 The limit of detection for Al and V elements.

2.5 標準工作曲線繪制

按儀器工作條件，將配制好的標準工作曲線于電感耦合等離子體發射光譜儀上進行測定。結果列于表4。

表4 分析譜線與線性回歸Table 4 The analytical spectral and linear regressions.

2.6 干擾實驗

采用ICP-AES法測定TB6合金中的Al、V量，按照鈦及鈦合金產品標準“GB/T 3620.1—2007”中涉及含Al、V的所有鈦合金牌號，確定共存元素并進行鈦基體及 Mo、Cr、Fe、Zr、Sn等共存元素的干擾實驗。

2.6.1 基體的影響

考察了不同量的 Ti基體 0、50、100、250、1 000 mg/L對Al（5 mg/L）和V（5 mg/L）測定強度的影響，結果見表5。

表5 基體干擾實驗Table 5 The tests of matrix interference.

由表5可見，Ti基體對于Al和V的測定有一定程度的正干擾，實驗采用基體匹配的標準工作曲線，以消除基體的干擾。

2.6.2 背景干擾

光譜干擾主要考慮譜線干擾，實驗表明選用合適的分析譜線，采用背景扣除及基體匹配法，可消除背景干擾。

2.6.3 共存元素的干擾

于一系列100 m L容量瓶中，加入鈦合金中存在的最高含量合金及雜質元素，分別加入0、200、400μg Al和V標準溶液，按照擬定的方法進行Al和V的測定。Al和V的回收率在99.3%～101%。

結果表明（以 mg計），Sn（35）、Pb（150）、As（50）、Fe（150）、Cu（10）、Zn（15）、Sb（25）、CaO（25）、MgO（10）、SiO2（15）、Al2O3（2）、WO3（12.5）、Ag（0.25）、Ni（0.5）共同存在時，對 Al和 V的測定無明顯影響。

2.7 溶解試劑的選擇

鈦及鈦合金試樣的溶解一般可以用鹽酸、硫酸或鹽酸+氫氟酸+硝酸等溶解方式。Al、V元素在H2SO4介質中能夠穩定存在，但在采用ICP-AES法測定中，大量引入H2SO4會嚴重影響溶液提升量，影響測定結果的準確性、穩定性；單純用鹽酸溶解，溶解速度緩慢；鹽酸+氫氟酸+硝酸的混酸溶解法，反應速度快，溶解效率高。因此實驗選用鹽酸+氫氟酸+硝酸溶解試樣。

10%以內的鹽酸、硝酸，5%以內的氫氟酸不干擾Al、V的測定，實驗選擇加入5 m L鹽酸、1 m L氫氟酸溶解試樣，補加0.5 m L硝酸氧化使鈦的紫色消失，助溶。使溶液鹽酸濃度為5%（V/V），并控制試樣溶液與標準工作曲線溶液酸濃度保持一致。

2.8 精密度實驗

對試樣TB6中Al、V的含量，采用擬定的分析方法進行11次獨立的測定，計算平均值及相對標準偏差，得到方法的精密度，測定結果見表6。

表6 精密度實驗Table 6 The precision test(n=11)

從表6可以看出，對于TB6合金樣品中Al和V的測定，方法的相對標準偏差分別為1.2%和0.45%，小于通常要求的2.5%，證明方法精密度較好。

2.9 加標回收實驗

按實驗方法操作，對已知含量的TB6合金樣品進行檢測，進行加標回收實驗，測定結果如表7所示。

表7 加標回收實驗Table 7 The Recovery Test /%

3 結論

采用硝酸和氫氟酸溶樣，ICP-AES法對TB6合金樣品中的Al、V元素進行測定，Al、V元素的加標回收率分別在97.5%～100%和98.4%～102%，RSD分別為1.2%和0.45%，可用于TB6合金中Al、V含量的實際測定。

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